Guide de poche Thermographie. Théorie Pratique Trucs & Astuces

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1 Guide de poche Thermographie Théorie Pratique Trucs & Astuces

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3 Préface Chers clients de Testo, «Une image en dit plus qu'un long discours.» A une époque où les prix de l'énergie partent à la hausse et où le moindre arrêt d'une machine peut coûter très cher, les mesures de température sans contact ont fait leurs preuves tant pour l'évaluation de l'efficacité des bâtiments que pour la maintenance industrielle. Pourtant, il y a thermographie et thermographie. En effet, lors des mesures de température sans contact, il convient de respecter certaines règles de base élémentaires. Le manuel «Guide de poche Thermographie» compile les questions posées chaque jour par nos clients. Truffé d'informations importantes, mais aussi de trucs et astuces pratiques, ce guide de poche devrait vous fournir une aide utile et proche de la pratique et faciliter votre travail au quotidien. Nous vous souhaitons beaucoup de plaisir lors de sa lecture! Prof. Burkart Knospe, président du directoire 3

4 Sommaire 1 La thermographie en théorie Emission, réflexion, transmission Spot de mesure et distance de mesure 13 2 La thermographie en pratique Objet de mesure Environnement de mesure Détermination de ε et de RTC en pratique Sources d erreur lors des mesures infrarouges Conditions idéales pour les mesures infrarouges L'image thermique parfaite 39 3 Annexe Glossaire de la thermographie Tableau d'émissivité 55 4

5 1 La thermographie en théorie Chaque objet dont la température dépasse le zéro absolu (0 Kelvin = -273,15 C) émet un rayonnement infrarouge. Ce rayonnement infrarouge ne peut pas être perçu par l'œil humain. Comme l'ont prouvé les physiciens Josef Stefan et Ludwig Boltzmann en 1884 déjà, il existe un lien entre la température d'un corps et l'intensité du rayonnement infrarouge émis. Une caméra thermique mesure le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde émis dans son champ de vision. Elle calcule ensuite la température de l'objet mesuré. Ce calcul tient compte de l'émissivité (ε) de la surface de l'objet de mesure et de la compensation de la température réfléchie (RTC = Reflected Temperature Compensation), deux grandeurs pouvant être réglées manuellement dans la caméra thermique. Chaque pixel du détecteur représente un point de température, restitué à l'écran comme image en fausses couleurs (cf. «1.2 Spot de mesure et distance de mesure», p. 13). La thermographie (mesure de la température au moyen d'une caméra thermique) est un procédé de mesure passif, sans contact. L'image thermique montre la répartition des températures à la surface d'un objet. Une caméra thermique ne permet donc pas d'examiner l'intérieur d'un objet ou de voir à travers celui-ci. 5

6 1.1 Emission, réflexion, transmission Le rayonnement enregistré par la caméra thermique se compose de l'émission, de la réflexion et de la transmission du rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde émis par les objets se trouvant dans le champ de vision de la caméra thermique. ρ ε τ Figure 1.1 : Emission, réflexion et transmission L émissivité (ε) L'émissivité (ε) exprime la capacité d'un matériau à émettre un rayonnement infrarouge. La valeur ε dépend des propriétés de la surface, du matériau et pour certains matériaux également de la température de l'objet de mesure, ainsi que de la bande spectrale de la caméra thermique utilisée. 6

7 Emissivité maximale : ε = 1 ( 100 %) (cf. «Emetteur noir», p. 41). ε = 1 ne se retrouve jamais dans la réalité. Corps réels : ε < 1, car les corps réels reflètent et, éventuellement, transmettent également un rayonnement. De nombreux matériaux non métalliques (tels que le PVC, le béton, les matériaux organiques) présentent une émissivité élevée, indépendante de la température (ε 0,8 0,95) dans la plage infrarouge de grande longueur d'onde. Les métaux, surtout ceux présentant une surface brillante, présentent une émissivité faible, variant en fonction de la température. ε peut être réglé manuellement dans la caméra thermique. La réflectivité (ρ) La réflectivité (ρ) exprime la capacité d'un matériau à réfléchir un rayonnement infrarouge. La valeur ρ dépend des propriétés de la surface, de la température et du type de matériau. En règle générale, les surfaces lisses et polies réfléchissent plus que les surfaces brutes et mates d'un même matériau. La température du rayonnement réfléchi peut être réglée manuellement dans la caméra thermique (RTC). Dans de nombreuses applications de mesure, la valeur RTC correspond à la température ambiante (essentiellement lors des activités de thermographie à l'intérieur). Celle-ci peut, le plus souvent, être déterminée p.ex. avec le thermomètre d'ambiance testo 810. La valeur RTC peut être déterminée à l aide d un système de Lambert (cf. «Mesure de la température réfléchie au moyen 7

8 d un système de Lambert (improvisé)», p. 27). L'angle de réflexion du rayonnement infrarouge réfléchi est toujours identique à l'angle d'incidence (cf. «Réflexion spéculaire», p. 31). La transmissivité (τ) La transmissivité (τ) exprime la capacité d'un matériau à transmettre (laisser passer) un rayonnement infrarouge. La valeur τ dépend du type et de l'épaisseur du matériau. La plupart des matériaux ne transmettent pas le rayonnement infrarouge de grande longueur d'onde ; en d'autres termes, ils ne sont pas perméables au rayonnement. Conservation de l'énergie selon la loi du rayonnement de Kirchhoff Le rayonnement infrarouge enregistré par la caméra thermique se compose : du rayonnement émis par l'objet mesuré, de la réflexion du rayonnement ambiant et de la transmission du rayonnement par l'objet mesuré. (cf. Fig. 1.1, p. 36) Le total de ces éléments est toujours égal à 1 ( 100 %) : ε + ρ + τ = 1 La transmission ne jouant que rarement un rôle dans la pratique, la valeur τ est omise et la formule ε + ρ + τ = 1 est simplifiée comme suit : ε + ρ = 1. 8

9 Pour la thermographie, cela signifie : plus l'émissivité est faible, plus la part du rayonnement infrarouge réfléchi est élevée, plus une mesure précise de la température est compliquée et plus le réglage correct de la compensation de la température réfléchie (RTC) est important. Rapport entre l'émission et la réflexion 1 Les objets de mesure présentant une émissivité élevée (ε 0,8) : ont une faible réflectivité (ρ) : ρ = 1 - ε permettent des mesures très fiables de leur température au moyen d'une caméra thermique 2 Les objets de mesure présentant une émissivité moyenne (0,6 < ε < 0,8) : ont une réflectivité moyenne (ρ) : ρ = 1 - ε permettent des mesures fiables de leur température au moyen d'une caméra thermique 3 Les objets de mesure présentant une émissivité faible (ε 0,6) : ont une réflectivité élevée (ρ) : ρ = 1 - ε permettent des mesures de leur température au moyen d'une caméra thermique, mais les résultats doivent être analysés de manière critique requièrent impérativement un réglage correct de la compensation de la température réfléchie car celle-ci contribue dans une large mesure au calcul de la température 9

10 Un réglage correct de l'émissivité est tout particulièrement important lorsque les différences de température entre l'objet mesuré et l'environnement de mesure sont grandes. 1 Pour les objets présentant une température supérieure à la température ambiante (cf. le chauffage dans fig. 1.2, 11) : une émissivité réglée sur une valeur trop élevée entraîne l'affichage de températures trop basses (cf. caméra 2) une émissivité réglée sur une valeur trop faible entraîne l'affichage de températures trop élevées (cf. caméra 1) 2 Pour les objets présentant une température inférieure à la température ambiante (cf. la porte dans fig. 1.2, p.11) : une émissivité réglée sur une valeur trop élevée entraîne l'affichage de températures trop élevées (cf. caméra 2) une émissivité réglée sur une valeur trop faible entraîne l'affichage de températures trop basses (cf. caméra 1) 10

11 65 ε = 0,9 15 C 50 ε = 0,9 60 C ε = 0,7 ε = 1 Figure 1.2 : Effets d'une émissivité mal réglée sur la mesure de température 5 A noter : Plus la différence entre la température de l'objet de mesure et la température ambiante est élevée et plus l'émissivité est faible, plus les erreurs de mesure seront importantes. Ces erreurs s'amplifient lorsque l'émissivité est mal réglée. 11

12 A noter : Une caméra thermique vous permet uniquement de mesurer les températures en surface, pas de voir à travers l'objet ou dans celui-ci. De nombreux matériaux transparents pour l'œil humain, tels que le verre, ne sont pas perméables (transparents) aux rayons infrarouges de grande longueur d'onde (cf. «Mesures sur verre», p. 30). Si nécessaire, retirez les éventuels capots de l'objet de mesure ; en effet, dans le cas contraire, la caméra thermique mesurera uniquement la température à la surface du capot. Attention : respectez toujours les prescriptions d'utilisation de l'objet de mesure! Parmi les rares matériaux transparents à l infrarouge, on compte, p.ex., les films plastiques fins et le germanium, la matière dont sont fabriqués les lentilles et verres de protection des caméras thermiques de Testo. Lorsque des éléments se trouvant sous la surface peuvent influencer, par conduction, la répartition des températures à la surface de l'objet de mesure, il est souvent possible d'identifier les structures internes de l'objet de mesure sur l'image thermique. Cependant, la caméra thermique ne mesure que la température superficielle. Il n'est donc pas possible de tirer des conclusions précises sur les valeurs de température des éléments se trouvant à l'intérieur de l'objet de mesure. 12

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